光纤通信系统第一章第二章1
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
传输：
电话线、铁线、铜线、载波、微波、光纤
1.2 光纤通信的发展与现状
1.2.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电话，这一大胆的 尝试，可以说是现代光通信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随
声音的振动而得到强弱变化的反射光束，这个过程就是调
制。
大气作为光通道
音膜
如果今后采用非石英光纤，并工作在超长波长(＞2μm)，光纤的理论 损耗系数可以下降到10-3～10-5dB/km，此时光纤通信的中继距离可达 数千，甚至数万公里。
3.
我们知道，电话线和电缆一般是不能跟高压电线平行架设的，也不能在 电气铁化路附近铺设。
4. 对通信系统的重要要求之一是保密性好。然而，随着科学技术的发展，电通信 方式很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近(甚至几公里以外)设置一个特别的 接收装置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。更不用去说无线通信方式
日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为0.2dB/km， 波长为1.55μm)，同时进行了多模光纤(同时允许多个 方向的光线在其中传送的光纤)1.31μm的长波长传输系 统的现场试验。
70年代、80年代、90年代 光纤通信已经发展到以采用光放大器增加中继距离和 采用波分复用增加传输容量为特征的第四代系统。 到如今，已开始采用全光网络,通信容量达到上千GMZ
213M
贝尔电话系统
• 1.2.2
•
在大气光通信受阻之后，人们将研究的重点转入
到地下光波通信的实验，先后出现过反射波导和透镜
波 导 等 地 下 通 信 的 实 验 ， 如 图 1 . 2 .2 所 示 。 （ 1962-
1964）
图1.2 .2 反射波导和透镜波导
•
1966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当时工作于英
1.3 光纤通信的主要特性
1.3.1 1.
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，其
载波—光波具有很高的频率(约1014GHz)，因此光纤具有很大的
通信容量。
2. 损耗低、
目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在 1.55μm波长区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损 耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其它介质 构成的系统长得多。
光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始 的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成。
光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介(信道)， 将光信号由一处送到另一处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放大器)两种， 其主要作用就是延长光信号的传输距离。
1.4.2 根据调制信号的类型，光纤通信系统可以分为模拟光 纤通信系统和数字光纤通信系统。 根据光源的调制方式，光纤通信系统可以分为直接调 制光纤通信系统和间接调制光纤通信系统
教 学方式
以理论讲授为主，实验讲授及实际操作为辅。
考 核 方式
闭卷考试 本课程通过二方面 进行考核： 作业20%， 考 试80%
第一章 概 述
内 wk.baidu.com（2学时） 1.1 通信网
1.2 光纤通信的发展与现壮 1.3 光纤通信的主要特性 1.4 光纤通信系统的组成和分类
基本要求
了解通信网的网络结构、光纤通信在通 信网中的位置和作用、光通信的发展历史 与发展前景、光通信的特点、组成。
基本要求
掌握用射线方法分析光纤导光原理数值孔径和时延差； 掌握模式的有关概念； 掌握光纤的损耗、色散和非线性以及影响。 了解光纤的结构与分类； 了解常用光纤的主要特性参数； 了解光纤的模式理论。
重点、难点
光纤的波动理论、光纤的色散和非线性特性。
2.1 光纤几何描述
（一）光纤的结构：
（二）光纤的分类：
1. 石英系光纤：分为多模阶跃折射率光纤、多模渐变折射率 光纤和单模阶跃折射率光纤三种，如图1.1.3。
2. 多组份玻璃纤维：钠玻璃掺有适当杂质 3. 塑料包层光纤 4. 全塑光纤
2.2、光在光纤中的传输
(光纤的射线理论分析)
1、 • 光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为
v=c/n 式中：c＝2.997×105km/s，是光在真空中的传播速度；n是 介质的折射率(空气的折射率为1.00027，近似为1；玻璃的折 射率为1.45左右)。
5. 6. 节省有色金属和原材料
1.3.2 事物都是一分为二的，光纤通信有许多优点，因而发展很 快，但光纤通信也有以下缺点。
1. 2.
1.4 光纤通信系统的组成和分类
1.4.1 光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系 统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。系 统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光 信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器组成。
根据光纤的传导模数量，光纤通信系统可以分为多模光 纤通信系统和单模光纤通信系统。
根据系统的工作波长，光纤通信系统可分为短波长光纤 通信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。
第2章 光纤的传输理论(10学时)
主要 内 容
2.1、光纤的几何描述 2.2、光在光纤中的传输 2.3、光纤的模式 2.4、光纤的损耗 2.5、光纤的色散 2.6、单模光纤与光缆 2.7、光纤的非线性特性
1.1 通信网：
（一）、通信系统 终端、传输线
（二）、通信网：多个通信系统的有机结合
终端、交换、传输设备组成
终端：
磁石话机、共电话机、脉冲话机、多频话机、 数字话机、 电传机、三类传真机、四类传真机、计算机
交换：
磁石交换机、共电交换机、纵横制交换机
模拟程控交换机、数字程控交换机、IP交换机 ATM交换机
国标准电信研究所)博士深入研究了光在石英玻璃纤维
中的严重损耗问题，发现这种玻璃纤维引起光损耗的
主要原因是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离
子和其他杂质，其次是拉制光纤时工艺技术造成了芯、
包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀，他还
发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。
在高锟理论的指导下，1970年美国的康宁公司拉出 了第一根损耗为20dB/km的光纤。 1977年美国在芝加哥进行了44.736Mbit/s的现场实验， 1978年，日本开始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光 纤通信实验；1979年，美国AT&T和日本NTT均研制出 了波长为1.55μm的半导体激光器，
电话线、铁线、铜线、载波、微波、光纤
1.2 光纤通信的发展与现状
1.2.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电话，这一大胆的 尝试，可以说是现代光通信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随
声音的振动而得到强弱变化的反射光束，这个过程就是调
制。
大气作为光通道
音膜
如果今后采用非石英光纤，并工作在超长波长(＞2μm)，光纤的理论 损耗系数可以下降到10-3～10-5dB/km，此时光纤通信的中继距离可达 数千，甚至数万公里。
3.
我们知道，电话线和电缆一般是不能跟高压电线平行架设的，也不能在 电气铁化路附近铺设。
4. 对通信系统的重要要求之一是保密性好。然而，随着科学技术的发展，电通信 方式很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近(甚至几公里以外)设置一个特别的 接收装置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。更不用去说无线通信方式
日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为0.2dB/km， 波长为1.55μm)，同时进行了多模光纤(同时允许多个 方向的光线在其中传送的光纤)1.31μm的长波长传输系 统的现场试验。
70年代、80年代、90年代 光纤通信已经发展到以采用光放大器增加中继距离和 采用波分复用增加传输容量为特征的第四代系统。 到如今，已开始采用全光网络,通信容量达到上千GMZ
213M
贝尔电话系统
• 1.2.2
•
在大气光通信受阻之后，人们将研究的重点转入
到地下光波通信的实验，先后出现过反射波导和透镜
波 导 等 地 下 通 信 的 实 验 ， 如 图 1 . 2 .2 所 示 。 （ 1962-
1964）
图1.2 .2 反射波导和透镜波导
•
1966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当时工作于英
1.3 光纤通信的主要特性
1.3.1 1.
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，其
载波—光波具有很高的频率(约1014GHz)，因此光纤具有很大的
通信容量。
2. 损耗低、
目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在 1.55μm波长区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损 耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其它介质 构成的系统长得多。
光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始 的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成。
光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介(信道)， 将光信号由一处送到另一处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放大器)两种， 其主要作用就是延长光信号的传输距离。
1.4.2 根据调制信号的类型，光纤通信系统可以分为模拟光 纤通信系统和数字光纤通信系统。 根据光源的调制方式，光纤通信系统可以分为直接调 制光纤通信系统和间接调制光纤通信系统
教 学方式
以理论讲授为主，实验讲授及实际操作为辅。
考 核 方式
闭卷考试 本课程通过二方面 进行考核： 作业20%， 考 试80%
第一章 概 述
内 wk.baidu.com（2学时） 1.1 通信网
1.2 光纤通信的发展与现壮 1.3 光纤通信的主要特性 1.4 光纤通信系统的组成和分类
基本要求
了解通信网的网络结构、光纤通信在通 信网中的位置和作用、光通信的发展历史 与发展前景、光通信的特点、组成。
基本要求
掌握用射线方法分析光纤导光原理数值孔径和时延差； 掌握模式的有关概念； 掌握光纤的损耗、色散和非线性以及影响。 了解光纤的结构与分类； 了解常用光纤的主要特性参数； 了解光纤的模式理论。
重点、难点
光纤的波动理论、光纤的色散和非线性特性。
2.1 光纤几何描述
（一）光纤的结构：
（二）光纤的分类：
1. 石英系光纤：分为多模阶跃折射率光纤、多模渐变折射率 光纤和单模阶跃折射率光纤三种，如图1.1.3。
2. 多组份玻璃纤维：钠玻璃掺有适当杂质 3. 塑料包层光纤 4. 全塑光纤
2.2、光在光纤中的传输
(光纤的射线理论分析)
1、 • 光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为
v=c/n 式中：c＝2.997×105km/s，是光在真空中的传播速度；n是 介质的折射率(空气的折射率为1.00027，近似为1；玻璃的折 射率为1.45左右)。
5. 6. 节省有色金属和原材料
1.3.2 事物都是一分为二的，光纤通信有许多优点，因而发展很 快，但光纤通信也有以下缺点。
1. 2.
1.4 光纤通信系统的组成和分类
1.4.1 光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系 统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。系 统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光 信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器组成。
根据光纤的传导模数量，光纤通信系统可以分为多模光 纤通信系统和单模光纤通信系统。
根据系统的工作波长，光纤通信系统可分为短波长光纤 通信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。
第2章 光纤的传输理论(10学时)
主要 内 容
2.1、光纤的几何描述 2.2、光在光纤中的传输 2.3、光纤的模式 2.4、光纤的损耗 2.5、光纤的色散 2.6、单模光纤与光缆 2.7、光纤的非线性特性
1.1 通信网：
（一）、通信系统 终端、传输线
（二）、通信网：多个通信系统的有机结合
终端、交换、传输设备组成
终端：
磁石话机、共电话机、脉冲话机、多频话机、 数字话机、 电传机、三类传真机、四类传真机、计算机
交换：
磁石交换机、共电交换机、纵横制交换机
模拟程控交换机、数字程控交换机、IP交换机 ATM交换机
国标准电信研究所)博士深入研究了光在石英玻璃纤维
中的严重损耗问题，发现这种玻璃纤维引起光损耗的
主要原因是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离
子和其他杂质，其次是拉制光纤时工艺技术造成了芯、
包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀，他还
发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。
在高锟理论的指导下，1970年美国的康宁公司拉出 了第一根损耗为20dB/km的光纤。 1977年美国在芝加哥进行了44.736Mbit/s的现场实验， 1978年，日本开始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光 纤通信实验；1979年，美国AT&T和日本NTT均研制出 了波长为1.55μm的半导体激光器，